一种基于铁自养耦合脱氮的膜曝气生物膜反应器处理污水的方法

本发明属于污水生物脱氮领域，具体涉及一种基于铁自养耦合脱氮的膜曝气生物膜反应器处理污水的方法。

背景技术：

1、膜曝气生物膜反应器(membrane-aerated biofilm reactor,mabr)是一种新型的污水处理技术，它利用传氧膜材料进行无泡传递氧气，同时借助其表面形成的硝化生物膜降解污水中的氨氮和有机物。无泡曝气所需的供气压力低，且氧气利用效率高，能够有效降低污水处理工艺的曝气能耗。此外，由于氧气从膜材料向溶液方向传递，表面的生物膜能够形成从内到外的好氧区、缺氧区的分层结构，在保证内层生物膜处于好氧状态的同时，保持系统内液体处于缺氧状态，进而能够实现一体化的同步硝化反硝化，在污水脱氮领域具有良好的应用前景。目前，针对生活污水的mabr同步硝化反硝化脱氮技术已经实现了初步应用，然而在面对低碳氮比的生活污水时，由于碳源限制无法实现深度的总氮去除。而基于厌氧氨氧化的新型生物脱氮技术，虽然可以大大减小对碳源的需求，然而该技术基于氨氮和亚硝酸盐的比例严格控制在1:1.32，故而对于短程硝化的稳定性有很高的要求。而目前基于mabr在进水波动的情况下实现长期稳定的短程硝化尚未提出有效的控制手段。

2、cn101538087a公开了一种利用mabr实现短程硝化-厌氧氨氧化脱氮的方法。该方法利用硝化菌和厌氧氨氧化菌均生长在中空纤维传氧膜表面附近形成一体的复合生物膜，实现城市污水的自养脱氮。但为了达到氨氮出水指标的要求，生物膜内层的氨氮浓度会降低到1mg-n/l以下，难以维持亚硝酸盐氧化菌(nob)的抑制，无法维持长期稳定的短程硝化效果，进而降低系统的总氮去除率。

3、cn104909520a公开了一种mabr和膜生物反应器(mbr)连用的污水同步处理氮和磷的装置及方法。该方法利用mabr作为前置厌氧段实现硝酸盐的反硝化，后置的好氧mbr进一步氧化水中的氨氮和亚硝酸盐。然而该技术对于进水碳源浓度的依赖性较大。

4、cn218810963u公开了一种高氨氮的工业废水处理设备。该设备利用基于金属有机框架作为氧化的反应器进行预处理，提高废水的可生化性后进入无泡曝气mabr反应器中去除有机污染物和部分氨氮，随后出水进入到除氮反应器，再次对氨氮进行去除，同时降低cod。脱氮出水进入到mbr后，进入到微藻反应器，然后再通过微滤膜对绿藻进行过滤。该工艺流程复杂，对于进水的碳氮比要求较高，适用于工业废水处理，不适用于碳氮比较低的生活污水。

5、因此，亟需开发出一种对氨氮氧化控制程度要求较低、能够稳定高效脱氮的处理低碳氮比污水的新方法。

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、本发明旨在提供一种基于铁自养耦合脱氮的膜曝气生物膜反应器处理污水的方法，能够在基于mabr的装置中同步实现硝化-厌氧铁氨氧化-硝酸盐依赖型亚铁氧化，以完成氮的自养耦合去除，可选地，在mabr后置振动膜生物反应器(vmbr)，强化剩余氨氮去除及污泥回流。该方法借助mabr中好氧生物膜的硝化和缺氧区悬浮污泥的铁自养耦合脱氮相结合，解决传统同步硝化反硝化因碳源限制导致反硝化不完全的问题，以实现自养深度脱氮。

3、用于解决问题的方案

4、[1]一种基于铁自养耦合脱氮的膜曝气生物膜反应器处理污水的方法，其中，所述基于铁自养耦合脱氮的膜曝气生物膜反应器包括mabr池，mabr池包括池体和位于池体内部中央的膜组件，膜组件由中空纤维膜排列而成，好氧微生物附着在中空纤维膜表面形成膜曝气生物膜，mabr池中含有悬浮污泥，悬浮污泥中含有铁营养型脱氮菌；

5、所述好氧微生物包括硝化菌；

6、所述铁营养型脱氮菌包括厌氧铁氨氧化菌和硝酸盐依赖型亚铁氧化菌；

7、所述方法包括以下步骤：将含有氨氮的污水和铁源混合得到进水，使所述进水进入mabr池，向中空纤维膜中通入空气，使进水停留一段时间使得一部分氨氮经过膜曝气生物膜中好氧微生物的氧化作用转变为硝氮，并且硝氮和未氧化的氨氮分别经过铁营养型脱氮菌的作用转变为氮气；

8、所述铁源能够在水中提供三价铁离子和/或亚铁离子。

9、[2]根据[1]所述的方法，其中，所述mabr池中的水力停留时间为10-50h，优选10-30h；所述悬浮污泥的停留时间大于50天，优选大于70天。

10、[3]根据[1]或[2]所述的方法，其中，经过膜曝气生物膜中好氧微生物的氧化作用转变为硝氮的氨氮的质量为所述进水中氨氮的质量的20％-80％，优选40％-60％。

11、[4]根据[1]-[3]任一项所述的方法，其中，所述进水中三价铁离子和/或亚铁离子的质量浓度为所述氨氮的质量浓度的1％-100％，优选10％-90％。

12、[5]根据[1]-[4]任一项所述的方法，其中，所述污水为生活污水或工业污水，优选生活污水。

13、[6]根据[1]-[5]任一项所述的方法，其中，所述污水中，碳氮比小于5。

14、[7]根据[1]-[6]任一项所述的方法，其中，所述中空纤维膜为硅胶材质，mabr运行时，由膜腔内部向膜腔外部传递氧气。

15、[8]根据[1]-[7]任一项所述的方法，其中，mabr池还包括水路系统和气路系统；

16、水路系统包括进水管和出水管，池体设有进水口和出水口，水路系统的进水管和出水管分别与池体的进水口、出水口相连；

17、气路系统包括进气管和出气管，膜组件包括进气口和出气口，气路系统的进气管和出气管分别与膜组件的进气口、出气口相连；

18、气路系统还包括置于膜组件底部的冲刷管，用于控制膜组件表面的膜曝气生物膜的厚度。

19、[9]根据[1]-[8]任一项所述的方法，其中，所述基于铁自养耦合脱氮的膜曝气生物膜反应器还包括vmbr池，vmbr池包括池体、膜组件、水路系统、气路系统和液位系统，mabr池和vmbr池的池体通过水路串联，mabr池的出水作为vmbr池的进水，mabr池的出水经vmbr中的膜组件过滤后排放，所述液位系统控制vmbr池中出水泵的启动；

20、mabr池出水中的氨氮进入到vmbr池，经好氧微生物的氧化作用被去除；

21、vmbr池的底部设有回流口，回流口与mabr池的回流管相连，用于污泥回流。

22、发明的效果

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、(1)本发明中的核心脱氮装置采用mabr，不仅提供了节能高效的曝气方式，而且为硝化菌提供了繁殖空间，强化了硝化菌的持留及活性。并且由于反向扩散的曝气模式，使得装置内的悬浮污泥的厌氧状态不受硝化菌曝气的影响，有利于厌氧菌和硝化菌的协同共存，实现耦合自养脱氮。

25、(2)本发明利用厌氧铁氨氧化菌和硝酸盐依赖型亚铁氧化菌的协同作用构成氨氮和硝氮的电子穿梭剂，以部分硝化为基础，实现同步氨氮氧化和硝酸盐还原，完成自养耦合脱氮。本发明的方法无需投加碳源，对污水中的碳氮比要求较低，适用于各种程度的低碳氮比废水，且对于氨氮氧化的曝气控制要求较低，较短程硝化而言大大降低，能够实现高效稳定地脱氮。

26、(3)本发明的脱氮装置也可以由mabr和vmbr组合而成，vmbr可强化剩余氨氮的去除，并将污泥回流至mabr，保证了污泥在系统中的循环。